发酵工程思考题.doc

1、广义的发酵概念为：借助微生物大量生成并积累特定的代谢产物的现象。微生物工程学是以微生物学、生物化学和生物工程学为基础，又与工程技术紧紧联系在一起而建立的一个完整的科学与工程技术体系。它是研究利用微生物（包括“工程微生物”在内）及其代谢产物与工艺生产过程原理的科学。2、微生物工程简史：孕育时期天然发酵、第一代微生物发酵技术纯培养技术的建立（人为控制发酵过程的时期）、第二代（近代）微生物发酵技术深层培养技术（抗生素工业生产）、第三代微生物发酵技术微生物工程（主流发展方向“工程菌”）。3、微生物代谢产物的类型：初级代谢产物（Primary metabolites）：微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。次级代谢产物（Secondary metabolites）：微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质。转化产物：以外源物质为底物，通过微生物细胞的酶或酶系对底物某一特定部位进行化学反应，使它转变成结构相类似但更具有经济价值的化合物。4、微生物工程面临的问题菌种问题、合适的反应器、基质的选择5、微生物工程发展的趋向提高现有微生物发酵工业水平、利用重组DNA技术、开拓极端酶1、微生物特点：体积小、比表面积大；生长快、繁殖性强；适应强、多变异。2、对工业菌种的要求生产力：能在廉价的培养基上迅速生长，所需的代谢产物的产量高，其它代谢产物少操作性：培养条件简单，发酵易控制，产品易分离稳定性：抗噬菌体能力强，菌种纯粹，不易变异退化安全性：是非病源菌，不产有害生物活性物质或毒素3、常用工业微生物菌种及主要代表产物。（1）革兰氏阴性无芽孢杆菌A、大肠埃希氏菌（俗称大肠杆菌）可利用大肠杆菌制取天冬氨酸、苏氨酸、缬氨酸等。大肠杆菌的谷氨酸脱羧酶在工业上被用来进行谷氨酸的定量分析。基因工程研究材料。B、醋酸杆菌 可生产醋酸；有机酸 ；制备葡萄糖异构酶；生产山梨糖，好气性C、假单胞菌 多数种能氧化葡萄糖、分解蛋白质和利用无机氮；好氧菌；生产维生素c 、生产抗生素 、制备多种酶、生产酶抑制剂、生产有机酸。（2）革兰氏阳性无芽孢杆菌A、短杆菌发酵生产多种氨基酸 如Glu、Thr、Met。发酵生产核苷类产物 如ATP。B、棒状杆菌高产谷氨酸及多种氨基酸，可分解土壤中2，4-D类除草剂。C、乳酸杆菌：德氏乳酸杆菌、保加利亚亚种（与嗜热链球菌混合）、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌工业生产乳酸；发酵生产乳制品；生产药用乳酸菌制剂；生产禽畜益生菌制剂。（3）革兰氏阳性芽孢杆菌A、枯草芽孢杆菌在酱油、酱类和白酒制曲时，如果水分含量大，温度较高，就容易造成枯草杆菌迅速繁殖；不仅消耗原料蛋白质和淀粉，而且生成刺眼鼻的氨味，造成曲子发粘发臭，使制曲失败；能产生大量淀粉酶和蛋白酶；可发酵生产核苷，生产某些抗生素、多肽、蛋白质类药物和酶 。 B、丙酮丁醇梭菌专性厌氧,生产丙酮丁醇；生产丁酸或己酸，在传统的大曲酒生产中赋予白酒浓香型香味成分。（4）放线菌A链霉菌属灰色链霉菌：链霉素 ；龟裂链霉菌：氧四环素(也称土霉素) ；金霉素链霉菌：金霉素(氯四环素) ；红霉素链霉菌：红霉素。B、小单孢菌属：庆大霉素。C、游动放线菌属：创新霉素。D、诺卡氏菌属：利福霉素、蚁霉素。 E、孢囊链霉菌属： 多霉素、孢氯霉素、西伯利亚霉素。（5）蓝细菌A、固氮作用绿肥。B、作为食物和营养品：发菜念珠蓝细菌、普通木耳念珠蓝细菌、螺旋蓝细菌、螺旋藻产品。C、用于提取各种生物药物。（6） 酵母菌单细胞真核，主要分布于含糖质较多的偏酸性环境中。A、 啤酒酵母a、根据长与宽的比例，分三组：长宽比为12主要供生产啤酒、白酒和酒精及面包用；长宽比为2多供生产葡萄酒、果酒用；长宽比大于2耐高渗透压，供发酵甘蔗糖蜜生产酒精用；b、啤酒酵母在液体培养基中的生长行为有两类：上面酵母发酵度较高，不易凝集沉淀，浮于上面下面酵母发酵度较低，易凝集沉淀（主要用于啤酒发酵）B、卡尔斯伯酵母：与酿酒酵母相似，主要的区别在于卡尔斯伯酵母能发酵棉子糖和蜜二糖。卡尔斯伯酵母常用于啤酒酿造的底层发酵，也可食用、药用或作饲料。C、汉逊酵母：此属酵母多能产生乙酸乙酯，但由于它能利用酒精作碳源，又能在饮料表面产生干皱的菌膜，所以又是酒精生产的有害菌。D、球拟酵母：此属酵母有些种能产生不同比例的甘油、赤藓糖、阿拉伯糖；有的能利用烃类生产蛋白质。E、假丝酵母：能形成假丝，液体培养时能形成浮膜；可生产SCP、甘油、脂肪酶；处理工业和农副产品加工业的废弃物。F、红酵母：有明显的红色或黄色色素，很多种因生荚膜而形成粘质状菌落；可由菌体提取大量脂肪、贝特-胡萝卜素。G、棉病针孢酵母：又名棉病囊霉，能危害许多重要的经济作物，如棉花、柑橘、番茄等；该菌具有大量合成核黄素的能力，是核黄素生产的重要菌种。H、毕赤氏酵母：能利用石油或农副产品及工业废料产生菌体蛋白，有些菌株能生产麦角固醇、苹果酸、磷酸甘露聚糖。（7）霉菌A根霉a、 米根霉：淀粉酶活力极强，多作糖化酶使用；又由于具有较强的蛋白质分解能力，也可用于制造腐乳。b、 华根霉：是酿酒所必须的重要霉菌，也是酸性蛋白酶和腐乳生产中的重要菌种。B、毛霉a、 总状毛霉：可制作豆豉。b、 鲁氏毛霉：从我国小曲中分离出来；能糖化淀粉且能生成少量酒精；能产生蛋白酶，有分解大豆蛋白的能力，常用来制作腐乳。C、曲霉a、米曲霉：酱油和酱类。b、黄曲霉：液化型淀粉酶。c、黑曲霉：是生产柠檬酸和葡萄糖酸的重要菌种。 d、栖土曲霉：为蛋白酶生产菌种。D、青霉a、产黄青霉：青霉素、葡萄糖氧化酶、葡萄糖酸、柠檬酸和抗坏血酸等；b、桔青霉：可产脂肪酶、葡萄糖氧化酶和凝乳酶；c、木霉：产纤维素酶及抗生素等药物d、犁头霉：对甾族化合物有较强的转化能力 e、紫红曲霉：食品及饮料的着色剂，用红曲配制红酒、玫瑰醋、红腐乳 f、产黄头孢霉：头孢菌素N及头孢菌素C（先锋霉素） 4、分批培养：是指在一个密闭系统内投入有限数量的营养物质后，接入少量微生物菌种进行培养，使微生物生长繁殖，在特定条件下完成一个生长周期的微生物培养方法连续培养：是以一定的速度向培养系统内添加新鲜的培养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使培养系统内培养液量维持恒定，使微生物能在接近恒定状态下生长5、培养方法（1）固体培养A、实验室常见的固体培方法：琼脂1.5%-2.0%B、生产中常见的固体培养基：小麦麸皮（2）液体培养（liquid-state culture）A、实验室常见的液体培养试管液体培养；浅层液体培养；摇瓶培养；发酵罐培养B、生产中常见的液体培养浅盘培养；发酵罐深层培养；连续培养；补料分批培养；混合培养浅盘培养：容器中盛装浅层液体静置培养无搅拌设备，全靠液体表面与空气接触进行氧气交换。劳动强度大效率低易感染。其中连续培养包括：恒化培养：通过控制培养基中营养物的浓度，使微生物在低于最高生长速率的条件下生长繁殖。 恒浊培养：可控制微生物在最高生长速率与最高细胞密度的水平上生长繁殖，达到高效率培养的目的。 多级连续培养。固定化细胞连续培养分离（separation）：是将一个混杂着各种微生物的样品通过分离技术区分开来，并按照实际要求和菌株的特性采取迅速、准确、有效的方法对它们进行分离、筛选，最后得到所需的菌株。1、分离的基本程序* ：采样富集分离筛选鉴定（1）采样对象：以采集土壤为主。一般田园土、耕作土和近郊土壤中的有机质含量丰富，营养充足，适合于细菌和放线菌生长；森林土，植被厚，枯枝落叶多，有机质丰富，且阴暗潮湿,适合酵母和霉菌生长繁殖；采样季节：以温度适中，雨量不多的秋初为好。采土方式：在选好适当地点后，用小铲子除去表土，取离地面5-25cm处的土约10g（北方土壤干燥，可在1030cm处取样）。记录采样时间、地点、环境条件等，以备查考。（2） 富集培养enrichment culture：是在目的微生物含量较少时，根据微生物的生理特点，设计一种选择性培养基（投其所好、取其所抗的原则），创造有利的生长条件，使目的微生物在最适的环境下迅速的生长繁殖，数量增加，在原来自然条件下的劣势种变成人工环境下的优势种，以利分离到所需要的菌株。A控制营养：在富集培养基中加入相应的底物作为唯一碳源或氮源。B控制培养条件：控制pH、温度及通气量。C抑制不需要的菌类：通过高温、高压、加入抗生素等方法减少非目的微生物的数量。（在分离培养中加入抗生素或某试剂可增加选择性：如分离真菌可在土豆培养基中加入链霉素；分离细菌或放线菌可在培养基中加入制霉菌素等）（3） 分离方法：菌落纯，粗放：稀释涂布法、划线分离法、组织分离法等。菌株纯、细胞纯，单细胞或单孢子分离方法。A常规分离法：涂布法和划线法。B生化反应分离法*：透明圈法、变色圈法、抑菌圈法和生长圈法。C通过控制营养和培养条件进行分离：调解营养成分、pH，控制培养温度，抑制杂菌。D环保降解菌的分离：连续富集培养水解圈或变色圈法。透明圈法：在平板培养基中加入溶解性较差的底物，使培养基浑浊。能分解底物的微生物便会在菌落周围产生透明圈，圈的大小初步反应该菌株利用底物的能力主要用于分离水解酶产生菌：淀粉酶、核酸酶、产有机酸的菌。变色圈法：在底物平板中加入指示剂或显色剂，使所需微生物能被快速鉴别出来。例筛选果胶酶产生菌：用含0.2%果胶为唯一碳源的培养基平板，对含微生物样品进行分离，待菌落长成后，加入0.2%刚果红溶液染色4h，具有分解果胶能力的菌落周围便会出现绛红色水解圈。又如分离解脂微生物豆油作底物，中性红（红黄. 6.88.0. ）指示，菌落周围呈红色圈。抑菌圈法：常用于抗生素产生菌的分离筛选。工具菌采用抗生素的敏感菌。若被检菌能分泌某些抑制工具菌生长的物质，如抗生素等，便会在该菌落周围形成工具菌不能生长的抑菌圈，很容易被鉴别出来。生长圈法：通常用于分离筛选氨基酸、核苷酸和维生素等的产生菌。工具菌是一些相对应的营养缺陷型菌株。将待检菌涂布于含高浓度的工具菌并缺少所需营养物质的平板上进行培养，若某菌株能合成平板所需的营养物，在该菌株的菌落周围便会形成一个混浊的生长圈。（4） 微生物筛选和目的产物的鉴别初筛：平板筛选；震荡培养筛选（1株接1瓶、1瓶1环）及平板活性测定琼脂平板透明圈法，斜面菌种，留下产量较高的10-20%菌株复筛（1株接35瓶 每瓶3-5%），每次保留10-20%直至最后3、5株野生型菌株（wild-type strain）：直接从自然界样品中分离出来、且经过初筛和复筛筛选得到的具有一定生产性能的菌株。例题：不同的微生物有各自的代谢特点，人们常据此来分离、鉴别微生物种类。某实验室有二个菌种，分别是胱氨酸依赖型细菌（无胱氨酸不能生长），甲基营养细菌（只能利用甲醇.甲烷作碳源），但试管上标签脱落，请根据它们的代谢特点设计实验方案加以鉴别。实验步骤：第一步：在二个菌种的试管上分别标上A.B第二步：配制不含胱氨酸、甲基营养(甲醇、甲烷)的普通培养基，分装到6只试管中，标号1、2、3、4、5、6； 在1、2中添加胱氨酸，3、4中添加甲基营养，5、6都不添加，一起灭菌。第三步：将A试管的菌接种在1、3、5号试管中，B试管的菌接种在2、4、6号试管中。置于适宜条件下培养数天。结果分析：在1、3、5试管中，若只有1试管有细菌生长，则A试管中的菌为胱氨酸依赖型细菌；若只有3试管有细菌生长，则A试管中的菌为甲基营养细菌。在2、4、6试管中，若只有2试管有细菌生长，则B试管中的菌为胱氨酸依赖型细菌；若只有4试管有细菌生长，则B试管中的菌为甲基营养细菌。 用各种物理、化学的因素人工诱发基因突变进行的筛选，称为诱变育种（mutation breeding）1、诱变育种的理论基础是基因突变，所谓突变是指由于染色体和基因本身的变化而产生的遗传性状的变异。2、诱变育种基本步骤出发菌种、斜面（摇瓶培养24小时）、单孢子悬液（细菌悬液）、诱变处理（处理前后的孢子液或者细菌悬液做活菌计数并统计存活率）、稀释涂平板（观察菌落形态，统计其形态变异率）、挑取单菌落传种斜面、摇瓶初筛（对照组比较）、挑出高产斜面、留种保藏菌种（埋置沙土管、冷冻管或固体孢子）、传种斜面、摇瓶复筛、挑出高产菌株做稳定性试验和菌种特性考察、放大罐实验，中试考查、大型投产。3、 诱变剂：化学：频度高，点突变，易回复突变，操作麻烦；如硫酸二乙酯，亚硝基胍物理：频度低、大损伤，难修复，且操作简便；如紫外，快中子中间培养 目的：克服表型延迟4、 分离和筛选（1）随机筛选：摇瓶筛选一个菌落一支斜面一个摇瓶这一步是采用与生产相近的培养基和培养条件，通过三角瓶的容量进行小型发酵试验，以求得适合于工业生产用菌种。（2）利用形态突变直接淘汰低产变异菌株：赤霉素产生菌：色素 暗红加深，产量上升。红霉素产生菌：有颜色，产量下降。（3）利用平皿反应直接挑取高产变异菌株等：羧甲基纤维素钠作培养物用刚果红染色法鉴定筛选降解纤维素的菌株。5、几种常用的物理、化学诱变剂（1）紫外线诱变一般采用15W紫外线杀菌灯，波长为265nm。灯与处理物的距离为1530cm，照射时间依菌种而异，一般为几秒至几十分钟。一般我们常以细胞的死亡率表示，希望照射的剂量死亡率控制在7080%为宜。（2）Co60属射线诱变其诱发的突变率和射线剂量直接有关，而与时间长短无关。它能产生电离作用，直接和间接改变DNA结构。 （3）等离子注入诱变利用高能离子束注入生物体引起遗传物质的永久改变，然后从变异菌株中选育优良菌株的方法。优点：突变率高、突变普广，死亡率低、性状稳定、回复突变率低（4）氮芥诱变机制：引起染色体畸变。应用时先使氮芥盐酸盐与碳酸氢钠起作用，释放出氮芥子气，再与细胞起作用而造成变异。终止反应：甘氨酸能与氮芥(在碳酸氢钠参与下)结合，形成无毒化合物。（5）亚硝酸亚硝酸是一种常用的有效诱变剂，其诱变作用主要是脱去碱基中的氨基。在临用前将亚硝酸钠放在pH4.5的醋酸缓冲液中 （6）N-甲基-N-硝基-N-亚硝基胍（NTG）亚硝基胍是亚硝基烷基类化合物的一种，可诱发营养缺陷型突变，不经淘汰便可直接得到12-80%的营养缺陷型菌株，故有超诱变剂之称。 诱变过程：低剂量（300g/ml），长时间。处理完毕后，可用自来水大量冲洗或用12N NaOH或2% Na2S2O3浸泡过夜，洗净。6、 原生质体融合(protoplast fusion)就是把两个亲本的细胞分别去掉细胞壁，获得原生质体，将两亲本的原生质体在高渗条件下混合，由聚乙二醇（PEG）作为助融剂，使它们互相凝集，发生细胞质融合，接着两亲本基因组由接触到交换，从而实现遗传重组。7、 原生质体融合育种步骤标记菌株的筛选；原生质体制备；原生质体的再生；原生质体的融合（PEG、钙离子、镁离子）；融合子选择；实用性菌株的筛选。8、微生物菌种保藏方法和原理 斜面低温保藏法常用保藏法低温4。适用：各大类。保藏期：放线菌、霉菌和有芽孢的细菌一般可保存6个月左右，无芽孢的细菌可保存1个月左右，酵母菌可保存3个月左右。 石蜡油封藏法：415低温保藏，隔氧。适用：它适于保藏霉菌、酵母菌、放线菌、好氧性细菌等，对霉菌和酵母菌的保藏效果较好。保藏期：12年。砂土管保藏法：无营养，缺氧，干燥。适用：产孢子（芽孢）微生物。保藏期：110年。麸皮保藏法曲法保藏：低温干燥保存。适用：产孢子的霉菌和某些放线菌。保藏期： 1年以上（工厂常用）。甘油悬液保藏法：低温（ -20 /-70）、保护剂（1550%甘油）。适用：基因工程菌常采用本法保藏。保藏期：保藏温度若采用20，保藏期约为0.51年，而采用70，保藏期可达10年。冷冻真空干燥保藏法：低温、干燥，缺氧，有保护剂。适用：各大类。保藏期：515年或更长。液氮超低温保藏法：超低温（-196）、保护剂。适用：各大类。保藏期：15年 。宿主保藏法此法适用于专性活细胞寄生微生物（如病毒、立克次氏体等）： 对于寄生性微生物的衰退菌株，可通过接种到相应昆虫或动植物宿主体内来提高菌株的毒性。1、原料粉碎设备粉碎：将大块固体物料破碎成小块物料研磨：使小块物料进一步粉碎为粉末状物料粉碎的方法：挤压；冲击；磨碎；劈碎。（1）锤式粉碎机工作原理：物料从上方料斗加入，在悬空状态下就被锤的冲击力所破碎。然后物料被抛至冲击板上，再次被击碎。此外物料在机内还受到挤压和研磨的作用。（2）辊式粉碎机工作原理：主要工作结构为两个相对旋转的平行装置的圆柱形辊筒，装在两辊之间的物料通过辊筒对其的摩擦作用而被拖入两辊的间隙中被粉碎.2、原料输送设备（1）气流输送设备气流输送：指借助于高速流动的空气，使物料（瓜干、大麦、大米等）在气流中被悬浮输送。优点：设备简单，占地面积少，费用低，输送能力较大，距离远；在输送过程中可对物料进行加热、冷却或干燥等。缺点：能耗大，不利于输送潮湿黏稠的物料。真空输送流程（吸引式气流输送）：利用真空泵在负压下将空气和物料吸入输料管中，送到指定地点。压力输送流程：利用鼓风机将空气和物料压送入输料管中.（2）机械输送设备带式运输机：利用皮带的运动输送物料斗式升运机：物料由低处向高处输送螺旋输送机：可用来输送潮湿的散粒物料，还可用作加料器。3、连续蒸煮糖化的方式有哪些及区别？罐式、柱式、管式罐式：蒸煮温度较低，可节省煤耗，操作容易控制，设备结构简单，制造方便，为大、中型工厂广泛采用。柱式：中温管式特点：高温快速，糊化均匀，糖分损失少，设备紧凑，易于实现机械化和自动化操作；但由于蒸煮温度高（170 ），加热蒸汽消耗量大，并形成较大数量的二次蒸汽4、 罐式连续蒸煮糖化流程：1- 粉浆罐 2- 粉浆泵 3- 蒸煮罐 4- 后熟器（3个） 5- 最后一个后熟器(汽液分离器) 6- 真空冷却器 7- 连续糖化锅 8- 液体曲罐9- 糖化醪泵 10- 喷淋冷却器11- 混合冷凝器12- 水力喷射泵 13- 热水箱5、分批灭菌（实罐灭菌）：将培养基在发酵罐内先用间接蒸汽加热，再用直接蒸汽加热至灭菌温度，保持一定时间，再冷却到发酵温度。优点：投资少，设备简单，灭菌效果可靠。缺点：培养基成分易受破坏，发酵罐利用率低。连续灭菌：将配制好的培养基在高温快速的情况下，向发酵罐输送的同时经过加温、保温、冷却的过程，进行的灭菌。优点：高温短时进行灭菌，培养基成分的破坏减少至最低限度；缩短了发酵罐的周期，提高了生产效率。缺点：设备复杂，投资较大。6、 连续灭菌流程（1） 喷淋冷却连续灭菌流程（最基础）。糖液经配料后由调浆缸放出，加入约0.01%消泡剂，用连消泵送入连消塔底端，料液被加热到灭菌温度383403K，由顶部注出，进入维持罐，维持825min，由维持罐上部侧面流出，维持罐内最后的培养液由底部排尽，经喷淋冷却器冷却到4050后，输送到预先已经灭菌过得罐内。（2） 喷射加热连续灭菌流程。蒸汽直接喷入培养液，因此培养液急速上升到预定灭菌温度，在此温度下的保温时间由保温段管子的长度来保证。灭菌后培养液通过一膨胀阀进入真空冷却器急速冷却。由喷射加热、管道维持、真空冷却组成的连续灭菌流程，由于受热时间短，所以可把温度升高到413K而不引起培养液的严重破坏。此流程能保证培养液先进先出，避免过热或灭菌不透现象。真空系统要求严格密封，以免重新污染。（3） 薄板换热器连续灭菌流程。培养基在设备中同时完成预热，灭菌及冷却过程，蒸汽加热使培养液的温度升高，经维持段保温一段时间，然后在薄板换热器的另一段冷却。虽然加热和冷却生培养液所需时间比使用喷射式连续灭菌稍长，但灭菌周期则比间歇灭菌小很多，由于生培养基的预热过程即灭菌培养基的冷却过程，所以节约了蒸汽及冷却水量。主要设备：连消塔，塔式加热器。7、 加热冷却设备：真空冷却器、喷淋冷却器、薄板换热器。1、空气灭菌的必要性：好氧微生物在培养过程中，其生长、繁殖、代谢均需要大量氧气的参与；所需氧气通常是以空气的形式提供的；空气中含大量的各类微生物，如果随空气一同进入培养系统，便会在合适的条件下大量繁殖，与目的菌株竞争性消耗营养物质，并产生各种副产物，从而干扰或破坏纯种培养过程的正常进行，甚至使培养过程彻底失败导致倒罐；因此空气的灭菌是好氧培养过程中的一个重要环节。2、 除菌方法(一)辐射杀菌从理论上来说，射线、X射线、射线、射线、紫外线、等都能破坏蛋白质活性而起杀菌作用。如紫外线，它在波长为226.5328.7mm时杀菌效力最强，通常用于无菌室、医院手术室等空气对流不大的环境下杀菌。杀菌效率较低，杀菌时间较长，一般要结合甲醛蒸气消毒或苯酚的喷雾等来保证无菌室的无菌程度。(二)加热灭菌加热灭菌是有效、可靠的杀菌方法，但是如果采用蒸汽或电热来加热大量的空气，以达到杀菌目的，则需要消耗大量的能源和增设大量的换热设备，这是十分不经济的。(三)静电除菌法静电除尘是利用静电引力来吸咐带电粒子而达到除菌除尘的目的。除菌效果好高达99%，成本一次性投入高，操作要求高。对大于1um的颗粒有效，所以静电除尘对很小的微粒除去效率较低。(四)过滤除菌法过滤除菌是目前发酵工业中经济实用的空气除菌方法，它是采用定期灭菌的介质来阻截流过的空气所含的微生物，而取得无菌空气。常用的过滤介质有棉花、活性炭或玻璃纤维、有机合成纤维、有机和无机烧结材料等等。3、 除菌流程（1） 两级冷却、分离、加热的空气流程粗过滤器、压缩机、贮罐、冷却器、旋风分离器（分离大气中的油雾颗粒）冷却器、丝网分离器、加热器、过滤器。特点：两次冷却、两次分离、适当加热。尤其适用潮湿的地区，其他地区可根据当地的情况，对流程中的设备作适当的增减。（2） 冷热空气直接混合式空气除菌流程粗过滤器、压缩机、贮罐、冷却器、丝网分离、冷却器。特点：可省去第二次冷却后的分离设备和空气加热设备，流程比较简单，冷却水用量少等。适用于中等湿度含量的地区。（3） 高效前置过滤除菌流程高效前置过滤器、压缩、贮罐、冷却器、丝网分离器、加热器、过滤器。特点：采用了高效率的前置过滤设备，使空气经过多次过滤，因而所得的空气无菌程度比较高。（4） 利用热空气加热冷空气的流程高空采风、粗过滤器、压缩机、热交换器、冷却器、析水器、析水器、空气总过滤器、空气分过滤器。特点：对热能利用比较合理，热交换器还能兼做贮气罐，但由于传热系数很小加热面积要足够大才能满足要求。1、 淀粉经过蒸煮糊化成糊化醪，在经过液体曲糖化成糖化醪，加入酵母厌氧发酵产生酒精。2、传统的下面发酵，分主发酵和后发酵两个阶段。主发酵一般在密闭或敞口的主发酵池（槽）中进行，后发酵在密闭的卧式发酵罐内进行。开口式前发酵槽、密闭式前发酵槽、卧式后发酵槽、立式后发酵槽、锥底立式发酵罐（一罐式） 3、 间歇发酵：指微生物在一个罐内完成其生长曲线的四个阶段全部过程。缺：发酵周期长，所用发酵罐数量多设备利用率低 连续发酵：指在发酵罐内以一定的速度不断流加培养液，同时又以相同的速度连续不断地排出发酵液，使发酵罐中的微生物始终维持在对数生长期，从而可以短时间内获得大量的培养物或发酵产品。 优点是：缩短发酵周期，提高设备利用率。节省人力和物力，便于管理和自动化。保证产品的质量和产量稳定，且产量较高。缺点是：由于发酵周期长，微生物易发生变异，使菌种退化和杂菌污染。要保持连续发酵过程长期的无菌状态，在技术上尚有一定困难。 一直将微生物维持在对数生长期的连续发酵反而降低了稳定期代谢产物的积累，而使产品浓度很低。 4、 啤酒连续发酵流程的种类及相关设备。（1） 搅拌式多罐型啤酒连续发酵流程：麦汁，泵，板式杀菌器，一级发酵罐，二级发酵罐，酵母分离罐。（2） 多级塔式啤酒发酵流程：1-糖液密度自动检查 2，13-板式巴氏杀菌器 3-塔式发酵罐 4-立式冷凝器 5-冷却器 6-圆锥型容器 7-酵母压滤 8-贮藏啤酒 9-饱和器 10-未过滤啤酒贮槽 11-硅藻土过滤 12-过滤啤酒贮槽。(3) 通用塔式啤酒发酵流程：l一麦汁澄清罐 2一冷却器 3一麦汁贮槽 4一灭菌器 5一塔式发酵罐 6一热处理槽 7一酵母分离器 8一锥形后酵罐 9一C02贮罐 10一压缩机11一洗涤器 12一气液分离器 13一活性炭过滤器 14一无菌过滤器。5、通风发酵罐类型：机械搅拌式、自吸式、带升式、伍式、文氏管、塔式等类型的发酵罐。机械搅拌式发酵罐的基本条件发酵罐应具适宜高径比（一般高径比为1.74倍） 发酵罐能承受一定压力；发酵罐搅拌通风装置能使气液充分混合，保证发酵液 必须的溶解氧。发酵罐应具足够冷却面积。发酵罐应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌彻底。搅拌器轴封应严密，尽量减少泄漏。6、发酵罐的结构（1）罐体： 材料为炭钢或不锈钢，且应有一定的承压能力，2.5kg/cm2。 罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管。 罐身上的接管有：冷却水进出管、进空气管、温度计管和测控仪表接口。（2）搅拌器和挡板： 作用：打碎气泡，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于醪液中。 形式：平叶式、弯叶式和箭叶式。平叶式功率消耗较大，箭叶式功率消耗较小。 挡板的作用：a、改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。b、防止搅拌过程中漩涡的产生，而导致搅拌器露在料液以上，起不到搅拌作用。竖立的蛇管、列管、排管也可以起挡板作用。（3）消泡器：形式：锯齿形、梳状式及孔板式。（4）联轴器及轴承：用联轴器使几段搅拌轴上下成牢固的刚性联接。 (5) 空气分布装置 空气分布装置的作用：吹入无菌空气，使空气分布均匀。 空气分布装置的形式：单管和环形管。常用单管 (6) 轴封：运动部件与静止部件之间的密封叫作轴封。如搅拌轴与罐盖或罐底之间。（7）传动装置（8）传热装置7、机械搅拌发酵罐是利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合，促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需的氧气。自吸式发酵罐它是不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自吸入空气的发酵罐。充气原理：自吸搅拌器和导轮，即转子和定子。转子转动时空气则由导气管吸入。带升式发酵罐（气升式发酵罐）分为内循环及外循环两种。借空气喷嘴的作用而使空气气泡分割细碎，与上升管的发酵液密切接触。由于上升管内的发酵液轻，加上压缩空气的喷流动能，因此使上升管的液体上升，罐内液体下降而进入上升管，形成反复的循环，供给发酵液所耗的溶解气量。伍式发酵罐，塔式发酵罐（空气搅拌高位发酵罐）1、 过滤 ：采用过滤介质将悬浮液（滤浆）中的固体粒子截留形成滤饼，而滤出清夜的过程2、过滤机制：澄清过滤，滤饼过滤。3、过滤介质的种类：织状介质：纤维滤布；粒状介质：硅藻土、活性炭、珍珠岩等；其他介质：多孔烧结材料4、影响发酵液过滤的因素菌体细胞体积：真菌菌丝体较粗大，质量比阻小，发酵液不需经特殊处理就很容易过滤；放线菌菌丝细而分支，交织成网格状，质量比阻力大，较难过滤，发酵液需经预处理，凝固蛋白质等胶体物质，提高过滤速度；细菌菌体更小，发酵液如不经絮凝等预处理，很难用常规过滤设备进行过滤操作。培养基组成；pH值；温度；操作压力。5、常用过滤设备：常压过滤机：麦芽汁过滤 ； 加压过滤机：棉饼过滤机、板框压滤机1、酒精蒸馏设备流程单塔式酒精连续蒸馏流程：只有一个蒸馏塔，该塔分上下两段:下段为提馏段，主要是把醪液中的绝大部分酒精蒸馏出来，它适用于对成品质量要求与浓度要求不高的工厂，一般国外生产浓度为88%(V)的粗酒精时常用单塔蒸馏流程。我国酒精工厂一般都不采用这种工艺流程。双塔式酒精连续精馏流程：由粗馏塔和精馏塔组成。粗馏塔相当于提馏段，将酒精从成熟醪中分离出来成为稀酒精；精馏塔相当于精馏段，把粗馏塔来的稀酒精蒸馏提浓到成品所需浓度，同时分离部分杂质，成品质量达到医药酒精质量标准多塔式酒精连续精馏流程：在三塔式蒸馏流程的基础上建立起来的。在双塔式的粗馏塔与精馏塔之间，装置了脱醛塔，其主要作用是脱除部分初级杂质和终极杂质，使成品酒精质量高，能达到精馏酒精标准。或者在精馏塔之后安装23个后馏塔。1、黄酒属于酿造酒，酒度一般为15度左右。在当代黄酒是谷物酿造酒的统称，以粮食为原料的酿造酒（不包括蒸馏的烧酒），都可归于黄酒类。麦曲：是指在破碎的小麦粒上培养繁殖糖化菌而制成的黄酒生产糖化剂。淋饭酒母又称酒酿：用冷水浇蒸熟的米饭，然后进行搭窝和糖化发酵，把质量上乘的淋饭酒醅挑选出来作为酒母。低温开耙：醪的品温升到30开耙，酿成酒没有甜味，俗称冷作酒，又叫辣口酒。高温开耙：醪的品温升到35开耙，酿成酒口味浓甜，俗称热作酒，又叫甜口酒。2、酿造黄酒的主要微生物曲霉菌：以黄曲霉（或米曲霉）为主起糖化作用，此外还有较少的黑曲霉根霉菌：主要糖化菌，且能分泌乳酸、琥珀酸和延胡索酸等有机酸，降低pH，抑制产酸细菌侵袭，使黄酒口味鲜美丰满。红曲霉：生产红曲的主要微生物，可分泌红色素和黄色素使曲呈现紫红色。最适pH为3.55.0 酵母菌：使葡萄糖转化为酒精。3、酒母按乳酸来源不同，将酒母分为两类：淋饭酒母：酒药中的根霉和毛霉产生乳酸，如：绍兴酒和喂饭酒。速酿酒母和高温糖化酒母：人工添加食用乳酸，主要用于大罐发酵新工艺酿造黄酒。酒酿，用冷水浇蒸熟的米饭，然后进行搭窝和糖化发酵，把质量上乘的淋饭酒醅挑选出来作为酒母，即淋饭酒母。 速酿酒母与高温糖化酒母纯种酒母 速酿酒母：此法是在醪中添加适量乳酸，调节pH值至4左右，以抑制杂菌繁殖，因其制造时间比淋饭酒母短，故称此为速酿酒母。26-30，12d高温糖化酒母：先将醪液高温下5560，在淀粉酶的作用下短时糖化46h，添加乳酸降低pH至4.0，降温至2830，接入5%纯培养的酵母菌，保温20h左右，得酒母。4、黄酒发酵方法：传统的摊饭法发酵；喂饭法发酵 ；新工艺大罐发酵；抑制式发酵。5、黄酒发酵的特点：（1）敞口式发酵（2）糖化和发酵并行 （3）低温长时间后发酵1518，25100d后发酵。 （4）醪浓度高大米:水1:2麦芽:水1:4.3 （5）酒精度高 黄酒14%20% 葡萄酒8%18%，啤酒3%6%。6、成品酒含糖量分：干型黄酒；半干型黄酒；半甜型黄酒；甜型黄酒；浓甜型黄酒 生产方法分：传统工艺淋饭酒、摊饭酒、喂饭酒；新工艺。7、 绍兴黄酒：状元红、花雕、加饭酒、善酿、香雪。1、 糖化：将麦芽粉碎，与温水混合，借助麦芽自身的多种酶和蛋白质等分解为可溶性低分子糖类、糊精、氨基酸、胨及肽类等，制成麦芽汁，以供啤酒酵母发酵用，此即麦芽汁制备过程。二次煮出法：将辅助原料和部分麦芽粉在糊化锅中与45温水混合，并升温煮沸糊化(第一次煮沸)。与此同时，麦芽粉与温水在糖化锅中混合并以4555保温，进行蛋白质休止(即蛋白质分解过程)，时间在3090 min。接着将糊化锅中已煮沸的糊化醪泵入糖化锅，使混合醪温达到糖化温度(6568)，保温进行糖化，直到与碘液不起呈色反应为止。然后从糖化锅中取出部分醪液泵人糊化锅煮沸(第二次煮沸)，再泵回糖化锅，使醪液升温至7578，静止l0 min后进行过滤。浸出糖化法：在麦汁制备过程中,糖化醪液始终不经煮沸,单纯依靠酶的作用溶出原料中各种物质的糖化方法。2、啤酒生产原料（1）大麦：淀粉、纤维素、蛋白质、脂肪、无机盐、多酚物质等。（大麦适于酿造啤酒的原因：大麦便于发芽，并产生大量的水解酶类；大麦种植遍及全球；大麦的化学成分适合酿造啤酒；大麦非人类食用主粮。）（2）辅助原料大米：提高出酒率，改善风味和色泽。玉米：欧美使用较普遍。其他辅助原料：蔗糖、葡萄糖、淀粉糖浆等（3）酒花桑科葎草属，多年生缠绕茎植物。采用的是未受精的成熟雌花。又称蛇麻花、忽布花主要成分：-酸、-酸、酒花精油、多酚物质作用：是啤酒香味、苦味的来源；加速麦汁中高分子蛋白质的絮凝；提高啤酒起泡性和泡持性；可抑菌，增加麦汁和啤酒的生物稳定性。3、 麦芽汁的制备：粉碎；糖化（二次煮出法、浸出糖化法）；过滤、加入酒花煮沸（煮沸的目的：蒸发水分，浓缩麦汁；钝化全部酶和麦汁杀菌；蛋白质变性和絮凝；酒花有效组分的浸出；排除麦汁中特殊的异杂臭气）；麦芽汁定型；冷却和澄清设备：糊化锅；糖化槽；麦汁过滤槽；煮沸锅。4、上面酵母发酵度较高，不易凝集沉淀，浮于上面下面酵母发酵度较低，易凝集沉淀（主要用于啤酒发酵）5、 主发酵的三个阶段及温度控制低泡期 ：15-20h后发酵开始，出现白沫，此阶段维持2.5-3d，每天温度上升0.9-1，糖度平均每24h降低1 Bx。高泡期：发酵旺盛期，泡沫厚度可达20-30cm，持续2-3d，品温最高达8-12，糖度每24h降低1-1.5 Bx。落泡期：发酵衰落期 2-3d，需人工降温3.5-5，糖度每24h降0.5-0.9 Bx。1、 葡萄酒分类颜色：红葡萄酒、白葡萄酒、桃红葡萄酒含糖量：干葡萄酒、半干葡萄酒、半甜葡萄酒、甜葡萄酒酿造方法：天然葡萄酒、加强葡萄酒、加香葡萄酒含有CO2：平静葡萄酒、起泡葡萄酒、葡萄汽酒红葡萄品种：赤霞珠又名解百纳 、梅乐 、黑比诺、佳美、希哈。白葡萄品种：莎当妮最昂贵的干白葡萄酒、长相思、雷司令、原产地德国 是酿造高级白葡萄酒的良种、赛美容、玫瑰香。2、SO2的作用 杀菌作用：防腐；澄清作用：氧化单宁和色素生成沉淀；抗氧化作用：阻止氧化酶的生成；溶解作用：有利于果皮中色素、无机盐等成分的溶解；增酸作用：与苹果酸及酒石酸的盐类作用，使其酸游离。3、 红葡萄酒的酿造工艺：采收、破碎和去梗、浸皮与发酵、榨汁、橡木桶中培养、澄清4、 装瓶（1）发酵A主发酵酵母菌把糖变成酒精的发酵过程葡萄破碎入罐（加入5060ppmSO2），加入果胶酶（用量3050mg/L），加入活性干酵母及酵母的营养素（干酵母用量200mg/L 、NH3H2PO4用量300mg/L），自发酵开始24小时加入丹宁（200mg250mg/L）发酵管理：发酵温度应控制在2028范围，发酵温度不应超过30。 一般是67天，当发酵汁含残糖达到5g/L以下，比重低于1.020时时，住发酵结束。 B后发酵苹果酸-乳酸发酵过程当发酵液相对密度下降到1.020以下，糖分5%左右时，将其密闭发酵罐中，避免空气，色香味易氧化变质。后发酵目的：残糖的继续发酵：转化成酒精和二氧化碳澄清作用：后发酵结束后沉淀出酒泥，酒逐步澄清陈酿作用：新酒在后发酵过程中，口味变的柔和，风味上更趋完善降酸作用：对改善口味有很大作用下酒的要求：后发酵罐装酒不能装满，应留出空间以容纳后发酵时产生的二氧化碳。后发酵罐的品温控制在2025，需45天完成。相对密度降至0.9920.998，残糖低于2g/L时，发酵结束，此时红葡萄酒中不存在苹果酸，说明后发酵结束。（2）皮糟的压榨主发酵完毕时，将新酒（自流酒）放出，漂浮的皮糟则沉淀池底，将此皮糟去除，榨干含有的葡萄酒，使酒液和皮糟分开，这种操作称为压榨。葡萄酒的压榨设备常用的有以下几种：卧式转筐双压板压榨机：该设备成本高，一次性投资大连续压榨机：广泛应用于葡萄浆和前发酵醪的皮渣压榨气囊压榨机：价格昂贵，一次性投资大。（3）新酒的换桶与去渣后发酵结束后810d进行第一次换桶第二次换桶是在第一次换桶后的一个半月到两个月进行（4）酒的澄清与过滤（5）装瓶与包装4、白葡萄酒生产工艺1.采收 2-1破皮 2-2发酵前低温浸皮制造法 3.榨汁 4.澄清 5.橡木桶发酵6. 酒糟发酵 7.橡木桶培养 8. 酒糟培养 9.装瓶前的澄清工艺条件：菌种：白葡萄酒发酵多采用人工培育的优良酵母（或固体活性干酵母）进行低温发酵。先压榨后发酵，与红葡萄酒的生产真好相反。主发酵：温度一般在1622为宜，主发酵期为15d左右。主发酵后残糖降至5g/L以下，即可转入后发酵。后发酵：温度一般控制在15以下。在缓慢的后发酵中，葡萄酒香和味形成更为完善，残糖继续下降至2g/L以下。后发酵约持续一个月左右。起泡葡萄酒：是一种含CO2的葡萄酒，以葡萄酒为基础，通过加糖发酵产生或人工压入CO2。1、 初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。2、酒精（alcohol）发酵机制酵母菌第一阶段：葡萄糖磷酸化生成1，6-二磷酸果糖。第二阶段：1，6-二磷酸果糖裂解为两个分子的磷酸丙糖。第三阶段：生成丙酮酸。第四阶段：酒精的生成。3、酵母菌的型发酵1mol葡萄糖经过EMP途径能生产2mol酒精由葡萄糖发酵生成乙醇的总反应式为C6H12O6+2ADP+2H3PO42C2H5OH+2CO2+2ATP。酵母菌的型发酵：二型发酵：当环境中存在亚硫酸氢钠时，它先与乙醛反应生成难溶的磺化羟基乙醛，迫使磷酸二羟丙酮代替乙醛作为受氢体，生成磷酸甘油，最后生成甘油的过程。亚硫酸盐法甘油发酵酵母菌的型发酵：在弱碱性条件下（PH7.6），乙醛因得不到足够的氢而积累，两个乙醛分子间会发生歧化反应，一分子乙醛被还原成乙醇，另一分子被氧化为乙酸，且需磷酸二羟丙酮担任氢受体，生成甘油。碱法甘油发酵4、酒精发酵工艺过程及方法由糖蜜发酵生产酒精（间歇发酵法、连续发酵法）稀释糖蜜添加营养盐（尿素、磷酸等）调pH=4.0接种酒母静置发酵（30，72h） （酒精浓度达78%） 蒸馏由淀粉质原料生产酒精* 由于制曲的方法不同，可分为麸曲糖化法、液体曲糖化法、根霉糖化法（阿米罗法）、加酶糖化法、麦芽糖化法等。利用纤维素和半纤维素发酵生产酒精5、 由淀粉质原料生产酒精具体几种工艺。（1）曲法其操作流程如下：原料粉碎蒸煮真空冷却连续糖化制糖化曲发酵蒸馏酒精。（制糖化曲技术：菌种：米曲霉、黑曲霉制曲方法：浅盘培养法、厚层通风培养、液体深层通风培养和酶制剂）两塔蒸馏：分气相进塔与液相进塔的两塔流程 。这种方式生产费用低，为淀粉质原料酒精厂采用。三塔蒸馏 ：它包括三个塔：一是粗馏塔，二是排醛塔，又称分馏塔，其作用是排除酯醛类头级杂质。获得精馏酒精。三是精馏塔，其作用是继续提高浓缩酒精的浓度和排除杂质，从而获得精馏酒精。（2）阿明诺法（阿米诺法）又称根霉糖化法即将根霉或毛霉等霉菌在糊化醪中30-40通风培养，在霉菌生长过程中将淀粉转化为可发酵性糖，再用酵母发酵为乙醇。阿明诺混合法 糖化醪的制备：原料经粉碎后蒸煮，糊化醪冷至60-65时添加1-2%液体曲或0.5-1%麸曲，维持6030分钟，即可冷至33添加根霉酒母，其用量为糊化醪的20-25%。 发酵 ：糖化醪发酵时温度维持在33-34，经60-72小时发酵完毕。用本法制酒精，发酵醪中酒精含量高达8.95%，发酵效率达92.5%，均超过一般方法。（3） 使用未蒸煮淀粉原料生产酒精糖化酶（4） 以高效能细菌代替酵母发酵制酒精运动发酵单胞菌，它属于嗜中温的兼性厌氧菌，可将葡萄糖转为同量的酒精和CO2，且耐酒精力强。该菌优点是发酵力强，酒精收得率较高缺点是1.有少量醋酸副产物生成，用一般蒸馏法不能与酒精分离。2.发酵pH在5以上，易染菌。3.仅能发酵葡萄糖、果糖和蔗糖。乙醇热厌氧菌 高温菌株 在69，pH4.4和9.8条件下，可由葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖、半乳糖、木糖、甘露醇、麦芽糖、纤维二糖和淀粉发酵生成乙醇。 （5）使用固定化细胞连续生产酒精所谓“固定化细胞”即将酵母或细菌设法包埋起来，使它成为一种工具，一边进入糖蜜培养基，一边即可排出发酵成熟醪。该法可连续发酵一个月至几个月。优点是：固定化细胞载体可以反复使用一年以上，从传统的每天接种改为每年只需一次性接种，节省了大量的人力、物理和能源。发酵周期由传统法的72小时缩短到30-40小时，提高酒精生产力一倍以上。 6、利用纤维素和半纤维素发酵生产酒精（1）由纤维素原料发酵生产酒精纤维素酸水解所用的酸为硫酸、盐酸和氢氟酸等强酸。水解反应式为：(C6H10O5)n十nH2OnC6H12O6热纤梭菌可直接利用纤维素，在纤维素酶作用下，生成乙醇和一些副产物。（2）由半纤维素原料生产酒精采用固定化链霉菌完整细胞在pH6和60条件下，将D-木糖异构化为D-木酮糖，然后用酵母进行发酵。酒精产率可理论达到80%。 应用假丝酵母变异株假丝酵母XF217可以直接由木糖发酵生成乙醇，乙醇产率约为耗糖量的90%。 1、 白酒工业生产方法（1）固态发酵法以高粱等粮食为谷物，使用大曲或麸曲，入窖固态糖化发酵，成熟后固态蒸馏取酒。优点：酒质醇厚，风味独特，具有特殊的芳香口味。缺点：出酒率低，粮耗大，劳动强度大，资金周转慢。大曲酒、麸曲白酒以及部分小曲酒的生产均属此法。（2）半固态发酵法以大米为原料、小曲为糖化剂或采用先固态培菌糖化、再半固态半液态发酵和蒸馏的方法。优点：用曲量少，出酒率较高，发酵周期较短缺点：手工操作多，劳动强度大小曲酒：桂林三花酒、广东米酒（3）液态发酵法指发酵醪于液态中进行发酵，实际上是采用类似于淀粉质原料（或糖质原料）制造酒精的生产工艺。优点：发酵迅速，发酵周期短，原料利用率高，适于大规模机械化、连续化、自动化生产。缺点：酒的风味和质量与上面两种方法相比仍有较大差距。2、 大曲：以小麦、大麦和豌豆等为原料，经破碎加水拌料压成砖块状的曲坯，在人工控制的温度、湿度下培养而成。小曲：也称酒药、白药。是用米粉或米糠为原料，添加少量中药材或辣蓼草，接种曲母，人工控制培养